液晶的光学特性

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1、122.1液晶的光学特性OpticalPropertiesofLiquidCrystals液晶作为一种液态的晶体，具有与晶体非常相似的性质，但它是一种“可以流动的晶体”，因而有些性质又是普通晶体所没有的，但这些性质可在理解了晶体光学的基本原理基础上得到解释。所以本章将先阐述晶体光学的基本原理，然后依据其基本原理来解释液晶的特殊的光学现象。32.1.1偏振光的产生和叠加光波为横电磁波：4如何获得偏振光？①由反射和折射产生偏振光：以θB（布儒斯特角）入射，反射光是线偏光，透射光是部分偏振光。当以θB入射时，经多次反射与折射，反射光、透射光均为线偏光。5②由双折射产生偏振光，

2、如尼科尔棱镜；③由二向色性（dichroism）产生偏振光。（碘硫酸金鸡钠）√二向色性：当偏振光的偏振方向与分子长轴（或晶体长轴）平行，则光被最大地吸收；若偏振光的偏振方向与分子长轴（或晶体长轴）垂直，则光被最大地通过。6因未偏极化的光源（自然光）其电场之偏振方向与大小具完全对称性，故当通过Polarizer后,其电场振幅E之大小与Polarizer之角度值无关。故无论Polarizer之角度为何,通过Polarizer之线偏振光之强度为7偏振光的叠加与干涉任一沿z方向前进的线偏振光，其电场E的偏振方向必平行于x-y平面，若将其分解为沿x轴分量和沿y轴分量，经过不同的

3、光程，有合矢量末端运动轨迹求法（通过消去t）：得：得：8得合矢量末端的轨迹方程：相位差：讨论：①δ为2π的整数倍时，（5）式化为②δ为π的奇数倍时，（5）式化为③δ为π/2的奇数倍时，（5）式化为若，则化为圆偏振光：④δ为其他值时，合成电矢量端点的轨迹为椭圆。9ThePolarizationofEisdependentonthevalueofδ.Half-waveplate(λ/2plate)→π(180o)retarderQuarter-waveplate(λ/4plate)→π/2(90o)retarder102.1.2双折射现象及分析方法一、折射率椭球利用折射率椭

4、球确定光线通过单轴晶体或液晶中任一方向时o光和e光的折射率。11向列型液晶和多数近晶液晶类似于单轴晶体，可以按如下方式计算折射率：12设晶片的厚度为d，在晶片中，o光和e光的相位差：这种能使光矢量互相垂直的两支偏振光产生相移的晶片叫波片。二、波片131、1/4波片142、1/2波片153、全波片16值得注意的是所谓1/4波片、1/2波片或全波片都是针对某一特定波长而言的。与偏光显微镜配套的波片是指对钠黄光（波长为5893A）而言的。链接：制造尺寸小的波片的材料为云母。云母容易解理成很薄的薄片，而且厚度较易控制，所以用来制造波片是很适宜的。经过拉伸的聚乙烯醇薄膜也可用来制

5、造波片。这种大尺寸的波片已用于超扭曲液晶显示屏上，可得到黑白模式的超扭曲显示屏，从而为超扭曲彩色显示屏奠定了基础。17三、偏振光与波片的矩阵分析法1.偏振光的矩阵表示——琼斯矩阵在与光线垂直的平面上选定直角坐标系xoy，任一偏振光，无论是线偏振光，圆偏振光，还是椭圆偏振光，都可以用光矢量在两个坐标系上的投影来表示：或者用复振幅表示：称为：琼斯矢量18将上述矩阵归一化：例1：光矢量沿X轴的振幅为E0的线偏振光，归一化琼斯矢量为例2：光矢量与X轴成θ角，振幅为E0的线偏振光，归一化琼斯矢量为19例3：圆偏振光归一化琼斯矢量为202.偏振器件的矩阵表示偏振光通过偏振器件后，它

6、的偏振状态会发生变化。入射光线的偏振状态用表示，出射光的偏振状态用表示，偏振器件G起着和之间的变换作用。或任一偏振器件的特性可以用矩阵G来描述。矩阵G叫做该器件的琼斯矩阵。21例4：设1/4波片的快慢轴分别沿X轴和Y轴方向，它对任何偏振光的作用是使Y轴分量相对于X轴分量产生的位相滞后。设入射光的琼斯矢量为，出射光的琼斯矢量为，则写成矩阵形式：22例5：透光轴在X方向和在Y方向的偏振片的琼斯矩阵分别为：透光轴与X轴成θ角偏振片的琼斯矩阵为：23例6：设有偏振光，光矢量与X轴的夹角是π/4通过四分之一波片后出射光的琼斯矩阵为如果偏振光相继通过多个偏振器件，它们的琼斯矩阵分别

7、为G1、G2、……Gn，则出射光的琼斯矢量为24一些重要器件的琼斯矩阵如下：(1)线偏振器，透光轴与X轴成θ角:(2)一般波片，产生位相差为θ:251、易得到新的偏振态。2、计算偏振态变化例：自然光→线偏振器（θ=45°）→1/4片→1/2片→1/8片（快轴均在y轴）。求出射线光偏振态。3、利用关系，可求取其中任一项。琼斯矩阵的应用：26作业：1偏振器件的琼斯矩阵如何构成？计算过程①线偏振器，透光轴与x轴成θ角；②快轴在y方向的1/4波片；③快轴在y方向的1/2波片。2自然光→线偏振器（θ=45°）→1/4波片→1/2波片（快轴均在y轴）